Другая сторона радуги или применение оптической спектроскопии в исследовании состава вещества

Исследование химического состава простых и сложных веществ по их спектрам. Определить состав светящегося тела на расстоянии.

Направление работы: Оптика

Авторы работы: ГБОУ Школа №2030

Предметы: Физика

Классы: 8 класс

Мероприятия: Городская конференция «Курчатовский проект: от знаний – к практике» 22 апреля 2015 года

Шудрик Наталия Александровна

Описание

Основы спектрального анализа выходят за пределы школьной программы 8 класса. Явления дисперсии, дифракции, виды спектров и спектральный состав излучения атомов изучают только в 11 классе и редко подкрепляют серьёзной практикой. Однако разложить белый свет в спектр и собрать его снова, описать цвет света с помощью физических величин, провести качественный спектральный анализ и использовать его для решения понятной ученикам средней школы проблемы – задачи вполне посильные и очень интересные для ребят этой возрастной категории. Подготовка группы квалифицированных экспертов – спектроскопистов позволит помочь ученикам 11 классов ускорить прохождение практикума по оптике. Участники проекта могут выступить в роли лаборанта или тьютора.

Цель

Задачи

Предметные: доказательство составной структуры белого света, доказательство волновой природы света, знакомство с лабораторией спектроскопии, и её модернизация, использование лаборатории в исследованиях света, различных источников света и вещества, знакомство со спектрофотометром, исследование с его помощью состава сложных органических веществ.

Межпредметные: математический анализ данных, сравнение, знакомство с методами автоматической обработки данных, качественный химический анализ, определение простых и сложных химических веществ по их спектрам, сбор информации об истории спектроскопии.

Личностные: развитие активности и инициативности в условиях командной работы, выявление лидерских качеств, развитие аналитического мышления, творческого подхода и умения нестандартно мыслить, развитие навыков самоконтроля и взаимоконтроля, способствование самоопределению учащегося, сознательное и активное приобретения учащимся нового опыта, работа в команде.

Методика работы над проектом, деятельность учащихся и необходимое оборудование.

№ занятия	Тема занятия	Оборудование	Деятельность учащихся
1-2	Как появляется радуга. Состав белого света и способы разложить его в спектр.	Стеклянная призма, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран со щелью. Бумага, краски, ножницы, булавки, вода.	Изучение истории открытия состава белого света с помощью простых опытов. Работа с текстом. Презентации: «Роджер Бэкон», «Декарт», «Ньютон и природа радуги».
3-4	Волны и их характеристики.	Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания, лазер. Волновая машина. Дифракционная решётка, набор для наблюдения интерференции света.	Доказательство волновой природы света путём экспериментального сравнения свойств световых и механических волн. Измерение длины волны излучения. Презентации: «Доказательства волновой природы света», «Волны и их характеристики», «Свойства волн».
5-6	Наблюдение спектров с помощью спектроскопа.	Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания, цветные карандаши.	Знакомство с устройством спектроскопа, наблюдение, зарисовка и сравнение спектров.
7-8	Виды спектров.	Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания.	Наблюдение сплошных и линейчатых спектров. Связь между видом спектра и агрегатным состоянием вещества.
9-10	Энергия излучения.	Датчик освещённости цифровой лаборатории, ноутбук, фотоэлемент, мультиметр, стеклянная призма, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран с щелью, линейки.	Оценка энергии излучения по действию на фотоэлемент. Построение спектральной кривой.
11-12	Сравнение спектров различных источников света.	Лампа накаливания, лампа дневного света, светодиод, свеча, дифракционные решётки, фонарь, экран белый, экран со щелью, датчик освещённости Цифровой лаборатории, ноутбук.	Определение максимума энергии излучения в сплошном спектре. Сравнение спектров лампы накаливания, лампы дневного света, светодиода, свечи.
13-14	Возникновение излучения. Виды излучения.	Лампа накаливания, лампа дневного света, светодиод, свеча, таблица ЭМ излучений.	Определение причин отличия спектров излучения разных источников.
15-16	Основы спектрального анализа.	Таблица спектров элементов и индивидуальных соединений. Набор спектральных трубок. Лаборатория «Спектроскопия».	Знакомство с основными принципами спектрального анализа. Изучение истории использования спектрального анализа. Знакомство со спектральными таблицами и атласами. Изучение методов обработки данных. Презентации «История спектрального анализа», «Применение спектрального анализа».
17-18	Таблица химических элементов и излучение атомов.	Таблица спектров элементов и индивидуальных соединений. Набор спектральных трубок. Лаборатория «Спектроскопия».	Изучение таблицы характерных для каждого элемента излучаемых и поглощаемых длин волн. Создание атласа фотографий спектров простых веществ. Идентификация простых веществ по спектру их излучения.
19-20	Применение спектрального анализа для определения содержимого лампы дневного света.	Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, лампа накаливания.	Определение состава вещества, содержащегося в лампах дневного света.
21-22	Поглощение излучения веществом. Спектр поглощения.	Лаборатория «Спектроскопия», ноутбук, газовые трубки, лампа дневного света, прозрачная кювета, вода, краска, марганцовка, пробирки с водородом, углекислым газом, парами иода.	Наблюдение спектра поглощения, сравнение спектров излучения и поглощения одного вещества.
23-24	Знакомство с работой спектрофотометра.	Спектрофотометр, образцы.	Определение концентрации сложного вещества в растворе.
25-26	Сбор биологических образцов для спектрального анализа.	Контейнеры для образцов.	Сбор образцов и социологический опрос для проверки гипотезы об изменении состава ногтей и волос у курильщиков.
27-28	Применение спектрального анализа для определения состава сложного вещества.	Спектрофотометр, образцы.	Исследование состава биологических образцов.
29-32	Оформление проекта.	Ноутбук.	Работа с презентациями, оформление результатов исследований, написание текста доклада, распределение ролей, репетиция доклада.
33-34	Защита проекта.	Проектор, экран, ноутбук.	Выступление и демонстрации фотографий и экспериментов перед учащимися 11 классов и учителями. Ответы на вопросы. Обсуждение результатов работы.

Результаты эксперимента

Произведена идентификация ошибочно маркированного вещества как Kr.

Создан самодельный спектрометр.

Фото с презентации проекта

Видеоролик по проекту